Wir danken M. Hempenius und E. Benetti für fruchtbare Diskussionen, Y. Yu für sorgfältiger Prüfung des Rezepts, M. Vlot für die Bildgestaltung von 1, C. Padberg und K. Smit für den technischen Support. EK erkennt die Niederländische Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO, TOP Grants 700.56.322, Makromolekulare Nanotechnologie mit Stimulus Responsive Polymers) für finanzielle Unterstützung. SdB wurde von der Stiftung für Grundlagenforschung auf Matter (BFM), die finanziell von der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO) unterstützt wird unterstützt.

ANMERKUNG: Abbildung 2 zeigt die Probenvorbereitungsverfahren. Polymerbürsten wurden aus Silicium gepfropft (Si) -Substrate (Pfad (a)), aus Gold beschichteten Substrate (100 nm Gold verdampft am Si-Wafer mit einer 10 nm Cr-Haftschicht, Pfad (b)) und von Goldkolloid AFM-Sonden (6 &amp; mgr; m Durchmesser, Pfad (c)) durch Oberflächen initiierte radikalische Atomtransfer-Polymerisation (SI-ATRP) 24. Die AFM-Messungen wurden auf einer Multimode AFM mit dem geräuscharmen Kopf durchgeführt, vertikale engagieren Scanner und eine Flüssigkeitszelle. 1. Probenvorbereitung <ol><li> Untergrundvorbereitung <ol><li> Initiator Abscheidung auf Siliziumoberflächen. <ol><li> Reinigen Sie die Siliziumsubstraten mit Chloroform, dann Piranha-Lösung, anschließend mit gereinigtem Wasser, Ethanol und Chloroform spülen. </li><li> Setzen Sie die trockene Substrate in einem Exsikkator um eine Ampulle, die 50 &amp; mgr; (3-Aminopropyl) triethoxysilan. </li><li> Evakuieren Sie den Exsikkator Witzha Drehschieberpumpe für 15 Minuten und schließen Sie sie anschließend. Lassen Sie den Gasphasenabscheidung, um fortzufahren O / N. </li><li> Eine Lösung aus 40 ml Toluol (entgast) und 40 ul Triethylamin in einem Erlenmeyerkolben. </li><li> Legen Sie die Substrate in den Kolben und tropfenweise hinzufügen, 40 ul 2-Brom-2-methylpropionyl. Halten der Substrate in der Lösung, um die Abscheidung von Salzkristallen in Lösung zu vermeiden. </li><li> Man rührt die Lösung 4 Stunden. </li><li> Spülen Sie die Substrate mit Toluol und Ethanol. Als nächstes legen Sie die Substrate in die Polymerisation Fläschchen. </li></ol></li><li> Initiator Ablagerung auf Gold-Oberflächen <ol><li> Bereiten einer Monolösung: 2-Brom-2-methyl-propionsäure-11- [11- (2-Brom-2-methyl-propionyloxy) -undecyldisulfanyl] Undecyl Esters in 20 ml entgastem Chloroform (0,2 mM). </li><li> Transfer ca. 1,5 ml Mono Lösung in ein kleines Fläschchen, die zuvor mit Argon gespült wurde. </li><li> Reinigen Sie die gold-beschichtete Substrate mit Chloroform undPiranha-Lösung. Anschließend mit gereinigtem Wasser, Ethanol und Chloroform spülen. </li><li> Tauchen Sie die gereinigten Substrate in der Monoschicht-Lösung und verschließt den Kolben. Shop O / N an einem dunklen Ort. </li><li> Reinigen Sie die kolloidale Goldsonden mit Ethanol und Chloroform durch Eintauchen in die Lösungsmittel. </li><li> Tauchen Sie die kolloidale Sonden in das Fläschchen mit dem Mono Lösung. Schließen Sie fest und halten Sie sie an einem dunklen Ort O / N. </li><li> Entfernen Sie die Substrate aus der Lösung, wasche mit Chloroform und Ethanol. Als nächstes übertragen Sie die Initiator beschichteten Substrate in die Polymerisation Kolben. </li><li> Entfernen Sie die kolloidale Sonden aus der Monoschicht-Lösung, wasche mit Chloroform und Ethanol. Als nächstes übertragen jede Sonde separat in die Polymerisation Fläschchen. </li></ol></li></ol></li><li> Die Polymerisation <ol><li> SI-ATRP von PMMA <ol><li> Spülen Sie die Flasche und Fläschchen, die die Initiator bedeckten Substrate (beide Si und Gold) und die kolloidalen Sonden mit Argfür 30 min. </li><li> Man löst 10 g Methylmethacrylat (MMA) in dem ATRP-Medium (10 ml Methanol / Wasser-Gemisch mit einem Verhältnis von 5: 1) und entgast die Lösung für 2 Std. </li><li> Hinzufügen von 145 mg CuBr und 320 mg 2,2-Bipyridin in einen Kolben mit einem magnetischen Rührstab ausgestattet war, und deoxygenize um 3 vakuum Ar Abgleichzyklen. </li><li> Übertragen der entgasten Monomer-Lösung in den Kolben (enthaltend das Kupfer) dazu und rühre weitere 15 Minuten, bis eine klare braune Lösung wird beobachtet. </li><li> Befestigen Sie eine Nadel in ein 2-ml-Spritze und spülen Sie die Nadel und der Spritze mit Argon 2-3 mal. </li><li> Ziehen Sie 1 ml Polymerisationslösung mit der Spritze aufgezogen und den Inhalt in den kleinen Reaktionsgefäß, mit dem Kolloid-Sonde. </li><li> Ziehen Sie die verbleibende Lösung mit der Spritze aufgezogen und den Inhalt in das Reaktionsgefäß, das die flachen Substraten. Fügen Sie genug Lösung für jede Probe vollständig bedeckt. </li><li> Leiten die Polymerisation für 40 Stunden bei Raumtemperatur. </li><li> Reverschieben Sie die Proben aus der Polymerisationslösung und wäscht mit Ethanol und Chloroform in mehreren Zyklen. Die Färbung der Probe zeigt das Vorhandensein der Bürste. </li><li> Schließlich trocknen die Substrate unter einem Stickstoffstrom. </li><li> Halten flachen Substraten in einem Stickstoffkasten. Shop Polymerbürste modifizierten Sonden in Toluol. </li></ol></li><li> SI-ATRP von PNIPAM 10 <ol><li> Spülen Sie die Kolben und Fläschchen, die den Initiator enthält bedeckten Substrate (sowohl Si und Gold) und die Kolloid Sonden mit Argon für 30 min. </li><li> Man löst 5,6 g N-Isopropylacrylamid und 320 ul PMDETA im ATRP-Medium (1,6 ml Wasser und 18 ml Methanol) und entgast die Lösung für 2 Std. </li><li> Hinzufügen 76 mg CuBr werden in einen Kolben mit einem magnetischen Rührstab ausgestattet war, und deoxygenize um 3 vakuum Ar Abgleichzyklen. </li><li> Übertragen der entgasten Monomer-Lösung in den Kolben gegeben, daß das Kupfer enthält. Rühre weitere 15 Minuten, bis eine klare grüne Lösung wird beobachtet. </li&gt; <li> Befestigen Sie eine Nadel in ein 2-ml-Spritze und spülen Sie die Nadel und der Spritze mit Argon 2-3 mal. </li><li> Ziehen Sie 1 ml Polymerisationslösung mit der Spritze aufgezogen und den Inhalt in den kleinen Reaktionsgefäß, mit dem Kolloid-Sonde. Wiederholen Sie dies für alle Sonden. </li><li> Ziehen Sie die verbleibende Lösung mit der Spritze aufgezogen und das Gehalt in den Reaktionskolben, mit den flachen Substraten. Fügen Sie genug Lösung für jede Probe vollständig bedeckt. </li><li> Leiten die Polymerisation für 2 Stunden bei RT. </li><li> Entfernen der Proben aus der Polymerisationslösung und wäscht mit Ethanol und Wasser durch mehrere Zyklen. Das erscheinende Farbe der Probe zeigt das Vorhandensein der Bürste. </li><li> Tauchen Sie die Probe in 0,1 M EDTA-Lösung und halten Sie sie in der Lösung O / N, alle Kupfer zu entfernen. Mit gereinigtem Wasser und Ethanol nach. </li><li> Halten Sie die flachen Substraten in einem Stickstoffkasten. Bewahren Sie die PNIPAM Bürste geändert Sonden in gereinigtem Wasser. </li></ol></li></ol></li><li> Bürsten Charakterisierung, Fourier-Transformations-Infrarot (Figur 3) HINWEIS: Weidewinkel FTIR-Modus für Polymerbürsten auf Goldsubstrat und Übertragung FTIR-Modus für Polymerbürsten auf Si-Substrat. Trocknen Sie alle Proben sorgfältig. Alle Wasser- und Lösungsmittelkontamination kann zu schweren Schäden des Detektors führen. <ol><li> Starten Sie das Gerät entsprechend der Anleitung des Herstellers. </li><li> Stellen Sie die folgenden Parameter für die Probenmessung: Bereich zwischen 900 und 3700 cm -1 mit einer Auflösung von 4 cm -1 und durchschnittlich 32 Scans bei jeder Messung. </li><li> Reinigen Sie eine leere Substrat gemäß der für die Probenvorbereitung verwendete Protokoll, trocknen Sie vorsichtig und legen Sie sie in die Messkammer. </li><li> Gib Vakuum 4 Stunden. Als nächstes nehmen Sie einen Hintergrund-Scan. </li><li> Entfernen Sie die Blindprobe und legen Sie die trockenen Polymerbürste beschichteten Probe in der Probenkammer. </li><li> Bewerben Vakuum im sample Kammer und nehmen Sie eine Probe-Scan alle 30 Minuten 5 Stunden. </li><li> Identifiziere alle Peaks in den Spektren der chemischen Zusammensetzung des Polymerbürste zu bestätigen. (Nur analysieren die Scans mit einer geraden Basislinie.) </li></ol></li></ol> 2. AFM-Messung <ol><li> Rubbeln Sie an der PMMA Pinsel abgedeckt Substrat vorsichtig mit einer Nadel, spülen Sie mit einem guten Lösungsmittel, um den Überschuss an Polymer zu entfernen und trocknen. </li><li> Montieren Sie die Proben in die AFM Instrument und befestigen Sie die Sonde in die Flüssigkeit Zelle. </li><li> Ausrichten des Lasers auf dem Ende des Auslegers. </li><li> Bei Verwendung der Kamera Richten Sie die Spitze über einen Kratzer. </li><li> Bevor man sich und Wirken mit der Spitze, setzen Sie den Scan-Größe 0 nm. Anschließend greifen die Spitze an die Oberfläche. </li><li> Gehen Sie zu &#39;Rampenmodus&#39; und bestimmen Sie die Ablenkempfindlichkeit über Kraftabstandskurven. Kalibrieren Sie den normalen Federkonstante mit Hilfe der &quot;thermischen Melodie&quot;, wie in der Software und Torsionsfederkonstante o umgesetztf des Auslegers mit der Methode der Wagner et al. 25 <ol><li> Erfassen die Dreh thermische Rauschen des Auslegers an der Luft für 2 s unter Verwendung der Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung in der Software (6,25 MHz). </li><li> Konvertieren des thermischen Rauschens in der spektralen Leistungsdichte (V 2 / Hz) unter Verwendung der Fourier-Transformation. </li><li> Bestimmen die Grundresonanz und den Gütefaktor des Auslegers an der Luft mit der Resonanzspitze in der spektralen Leistungsdichte und die Gleichung für eine einfache harmonische Oszillator mit Grundrauschen (eq. 2 Ref. 25). </li><li> Berechnen der Federkonstante der Torsionsfeder mit Hilfe der gleichen Ebene liegenden Abmessungen des Auslegers (Länge und Breite), der Dichte und der Viskosität des umgebenden Mediums (Luft) und den Gütefaktor und der Resonanzfrequenz in Schritt 2.6.3 unter Verwendung des Verfahrens Sader 26 bestimmt. HINWEIS: Wir haben das Werkzeug auf der Website von John Sader vorgesehen: www.ampc.ms.unimelb.edu.au/afm/calibration.html. </li><li> Calculate den Torsionswinkel Ablenkempfindlichkeit des Auslegers mit Gl. 6 und 7 der Ref. 25. </li><li> Die Drehfederkonstante und Ablenkempfindlichkeit Konvertieren in das laterale Federkonstante und Ablenkempfindlichkeit mit der Größe der Kolloid, die Dicke des Auslegers und eq. 8 von Ref. 25. HINWEIS: das Detektorsignal kann nun in eine Kraft über umgewandelt werden: Kraft [N] = laterale Federkonstante [N / m] * seitliche Auslenkung Empfindlichkeit [m / V] * Detektorsignal [V]. </li></ol></li><li> Messen Sie die Bürstenhöhe des trockenen Pinsel durch Abbildung der Bürste in einem Kratzer zu möglichst geringen Ablenkung Sollwert. Bestimmen Sie die Bürstenhöhe von den Line-Scans des aufgenommenen Bildes. </li><li> Solvat der Bürste in Acetophenon durch leichtes Aufbringen auf die Oberfläche mit einer Spritze. ANMERKUNG: Die Farbe der Probe ändert wenn das Lösungsmittel verdampft. Dies ermöglicht nach der Trocknung. </li><li> Montieren Sie die Probe auf die AFM. Richten Sie die vertikale Lasersignal zu-1,0 V. Stellen Sie die Durchbiegung Sollwert auf 0 V und greifen die Freischwinger und Oberfläche. HINWEIS: Nach Bringen des Auslegers in Kontakt mit der Oberfläche bewegt sich das Acetophenon in die Bürste auf der Kolloid Schaffung eines kapillaren Brücke zwischen der Spitze und der Oberfläche. </li><li> Stellen Sie die Scangröße bis 40 um, deaktivieren Sie die Langsamscanachsen und stellen Sie Bildseitenverhältnis auf 1: 4. Notieren Sie sich die Größe und die Bild Reibung Kanäle (beide Spuren und Rücklauf). </li><li> Wenn die Bilder aufgenommen zurückzutreten den Ausleger. </li><li> Geben Sie einen Tropfen Wasser auf der PNIPAM Pinsel bedeckten Oberfläche, um die PNIPAM-Bürsten Solvat. </li><li> Heben Sie den Kopf und schnell die PMMA-Oberfläche zu ersetzen durch die solvatisierten PNIPAM Oberfläche, die nicht mischbar System zu schaffen. Seien Sie schnell beim Wechseln der Oberflächen, um die Verdampfung des Acetophenon aus dem PMMA Pinsel auf den kolloidalen Sonde zu vermeiden. </li><li> Aktivieren Sie die Spitze und Oberfläche, und Aufzeichnen von Bildern mit gleichen Parametern wie zuvor. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die Reibung, beispiels mischbaren Systemen einzeln solvatisierten Bürsten, ist stark im Vergleich zu herkömmlichen mischbaren Systemen von zwei der gleichen solvatisierten Bürsten verringert. Das bevorzugte Absorptionsvermögen der verschiedenen Lösungsmittel, die in den beiden Bürsten verhindert, daß die Bürsten aus ineinandergreifenden und damit eine wichtige Quelle von Verschleiß und Abbau in der Polymerbürste Reibung beseitigt wird. Das vorgestellte Verfahren ist daher grundlegend von Schiebe trockene hydrophile auf hydrophoben Bürsten, wo die Reibung mit dem Pinsel-spezifischen Wechselwirkungen 27 bestimmt werden. In der Tat, auf Scherung PMMA auf PNIPAM (zusammengebrochen Höhe 166 nm) ohne Lösemittel, fanden wir, dass die Reibung war um 50% höher im Vergleich zu PMMA auf PMMA (zusammengebrochen Höhe 236 m) zu trocknen. Wie bereits kurz darauf hingewiesen, im Anhang des Abschnitts &#39;Protokoll&#39; gibt es ein paar wichtige Punkte, die bedacht werden müssen während der Durchführungdiese besonderen Experimente: Zum einen ist Acetophenon ein besseres Lösungsmittel für PNIPAM als Wasser. Daher sollte darauf geachtet werden, dass Acetophenon nicht in den PNIPAM Bürste durch Benetzung der PNIPAM Pinsel mit viel Wasser werden. Da Acetophenon und Wasser nicht mischen, wird das Acetophenon jetzt nicht in die PNIPAM Bürste. Das ist, warum wir unser System nicht vollständig eintauchen in Acetophenon, sondern erstellt eine Acetophenon Kapillare für die mischbar System. Ein weiterer Grund für unvollständige Eintauchen ist, dass ein vollständiges Eintauchen führt zu stark Hydrodynamik, so dass wir nur die gemessene Stokes Hemmschuh für die Kolloid und Freischwinger. Zweitens in AFM-Experimente die Torsions- und normalen Federkonstanten gekoppelt sind. Ausleger mit einem niedrigen normalen Federkonstante haben auch eine relativ niedrige Federkonstante der Torsionsfeder und umgekehrt. Dies begrenzt die niedrigsten messbaren Reibungskoeffizienten zu&gt; 10 -3. Somit wird, um die vollständige Verringerung der Reibung, die Reibung der mis messencible Systems hoch sein muss. Dies wird durch Verwendung langer hoher Dichte Bürsten und einer relativ hohen Schergeschwindigkeit von typischerweise 100 m / s erreicht. Darüber hinaus ist die Kapillare zwischen den Bürsten erhöht auch die Reibungskräfte. Wir maßen die niedrigsten Reibungskoeffizienten, für eine nicht mischbare System 22, von μ = 0,003 bei einer geschätzten Normalspannung von 200 kPa. Unter Verwendung der gleichen experimentellen Bedingungen haben wir festgestellt, dass μ = 0,15 für das mischbare Systems. Man beachte, dass die Experimente wurden in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt, und dass die Oberflächen in der Industrie verwendet werden, nicht so ideal, wie in der obigen Experimente verwendet. Die meisten Flächen eine ungleichmäßige Rauheitsverteilung 28 und damit viele Unebenheiten in verschiedenen Formen und Größen. Bei der Kollision von zwei Bürstenlager Unebenheiten wird die Reibung von verschiedenen Verlustkanäle 29 zusammengesetzt ist. Neben stationären Verlustmechanismen wie interdigitation und Lösungsmittel zugeführt, ist es hysteretische Wirkungen in der Form 30 wegen des langsamen Relaxationszeit der Polymere und Lösungsmittel sein. Außerdem Kapillaren gebildet und gebrochen. In den traditionell verwendeten mischbar Bürstensysteme, vorübergehende Verzahnung 31 verstärkt Form- und Kapillare Hysterese. Mit dem hier vorgestellten System nicht mischbar ist transient Verzahnung zu eliminiert. Darüber hinaus können Kapillare Hysterese durch die Anwendung von zwei nicht mischbaren Lösungsmitteln umgangen werden. Daher auch für die häufiger rauen Oberflächen, Reibung und Verschleiß wird mit nicht mischbar Bürstensysteme 22 reduziert werden. Die Hauptquelle der Reibung, die bleibt, ist Bürste Verformung. Verankerungs polyzwitterionic Polymere, die für ihre intrinsische niedriger Reibung 32 bekannt sind, auf eine der Flächen des letzteren zu minimieren. In solchen Systemen wird der osmotische Druck des Lösungsmittels ist hoch, was in kleinen Bürste Verformung unter hohen normalen Belastungen. Dievorgestellte Methode von nicht mischbaren Bürstensysteme können in fast jedem System, wo geringe Reibung ist wünschenswert, angewendet werden. Das Verfahren funktioniert auch bei hohen Drücken. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass die Temperatur der Umgebung RT aufbewahrt. Hohe Temperaturen schädigen die Polymere, die Flüssigkeitsströmung aus der Kontakt und somit eine hohe Reibung verursacht. Beispiele für mögliche Anwendungsbereiche sind: Spritzen, Kolbensystemen, Achslager und Scharniere.

Perfekte Schmierstoffe reduzieren Reibung und Verschleiß für Feststoffe in Relativbewegung auch bei normalen Belastungen hoch sind. Um dies zu erreichen, sollte das Gleitmittel in der Kontakt während der Gleit- und in Ruhe bleiben. Jedoch unter positivem Normallast, einfach, niedrigviskosen Flüssigkeiten werden schnell aus dem Kontaktbereich herausgedrückt und sogar höherviskosen Öle werden schließlich ausgestoßen. Dennoch biologischen Kontakte, beispielsweise in menschlichen Gelenken, bleiben bei niedrigviskosen Fluiden jederzeit geschmiert. Natur erkennt, wie effiziente Schmierung mit Zuckerketten an feste Oberflächen 1 befestigt. Die hydrophile Zuckerketten halten eine wässrige Flüssigkeit in der Kontakt sofern der Normaldruck den osmotischen Druck des Lösungsmittels 2 nicht überschreiten. Aus diesem Grund hat eine Menge Anstrengungen zur Nachahmung biologischer Schmierstoffe durch Pfropfen von Polymeren an feste Oberflächen bilden so genannte Polymerbürsten 3-12 gerichtet. Wenn zwei gegensätzlichen PolymerBürsten in Kontakt gebracht werden können Segmente der Polymerketten auf der einen Seite in die Bürstenkettensegmente an der gegenüberliegenden Seite zu bewegen. Dieser Effekt wird Interdigitation 13 bezeichnet. Wenn sich die Bürsten in der relativen Gleitbewegung ist Interdigitation die Hauptquelle von Verschleiß und Reibung 14 15-17. Tatsächlich kurzem reibungsGeschwindigkeitsVerhältnisse für Schiebepolymerbürsten abgeleitet worden 18. Diese Skalierungsgesetze werden auf Interdigitation und die daraus resultierende Streckung und Beugung der Polymere beim Gleiten beruht. Die Hauptmerkmale stimme Ergebnisse der Oberflächenkräfte Gerät Experimenten 19 und der Molekulardynamik (MD) Simulationen 20. In letzterem ist der Grad der Überlappung kann direkt quantifiziert werden. Außerdem wurde gezeigt, dass die Überlappung zwischen Polyelektrolytbürsten kann durch Anlegen eines elektrischen Feldes 21 abgestimmt werden. Wenn also Verzahnung umgangen, Reibung und Verschleiß in diesen Systemen wäre significantly reduziert. In einer kürzlich erschienenen Publikation 22 haben wir über MD-Simulationen, die zwei nicht mischbaren solvatisierten Polymerbürstensysteme verhindern Überschneidungen zwischen den Bürsten gezeigt. Darüber hinaus beim Gleiten der Bürsten, fanden wir eine Verringerung der Reibungskraft von zwei Größenordnungen im Vergleich zu den traditionellen mischbar Bürstensysteme, in hervorragender Übereinstimmung mit unserer Rasterkraftmikroskopie (AFM) -Messungen. Hier erläutern wir im Detail, wie die AFM Experimente Ref einzurichten. 22. Das Grundprinzip ist in Figur 1 skizziert ist. An den beiden Gegenflächen, zwei verschiedene Bürsten, die jeweils durch ihre eigene bevorzugte Lösungsmittel solvatisiert, benötigt werden. In dieser Konfiguration bleibt jede Bürste in seinem eigenen Lösungsmittel. Folglich haben Polymersegmente von einer Bürste nicht in die andere Bürste durchdringen. Poly (methylmethacrylat) (PMMA) von einer AFM kolloidalen Sonde gepfropft und die Bürste wird durch Acetophenon solvatisiert. Von der flachen Oberfläche Poly (N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) gepfropft und in Wasser solvatisiert. Um das gegenwärtige System der traditionellen mischbaren Systemen zu vergleichen, wird eine zweite flache Gegenfläche die mit einem PMMA-Pinsel in Acetophenon solvatisiert werden. Die gemessene Reibungskraft beim Verschieben des nicht mischbaren Systems von PMMA auf PNIPAM ist ungefähr 1% der Reibung für die mischbar System PMMA auf PMMA. Man beachte, daß die Verwendung dieser besonderen Bürstensystemen ist nur ein Beispiel. Das vorgestellte Verfahren ist generisch und arbeitet aufgrund der bevorzugten Absorption der Lösungsmittel in den verschiedenen Bürsten. Daher werden mehrere Arten von Bürsten erwarteten anwendbar sein, solange die gewählten Lösungsmittel entmischen in den beiden Bürsten. Der Effekt wird durch die Verwendung von zwei nicht-Mischlösungsmittel (wie Acetophenon und Wasser) derart verstärkt, dass eine zusätzliche rutschigen Fluid-on-Flüssigkeit-Schiebe Schnittstelle 22,23 erzeugt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="974">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:241px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:108px;">Company</td>
			<td style="width:105px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:520px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Methyl methacrylate</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>M55909&#160;</td>
			<td>Monomer for PMMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-aminopropyl)triethoxysilane</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>440140</td>
			<td>vapor deposited silane monolayer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">triethylamine</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>T0886</td>
			<td>Reagent for the ATRP initiator moiety coupling.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-bromo-2-methylpropionyl</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>252271</td>
			<td>ATRP initiator moiety.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">toluene</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">20150501</td>
			<td>Coupling medium for ATRP moiety</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CuBr</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>212865</td>
			<td>ATRP catalyst.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2,2&#8242;-Bipyridyl</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>14453</td>
			<td>Cu complexing ligand for ATRP of MMA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N,N&#8242;,N&#8242;&#8242;,N&#8242;&#8242;-Pentamethyldiethylenetriamine</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>369497</td>
			<td>Cu complexing ligand for ATRP of NIPAM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">acetic acid 98-100%</td>
			<td style="width:108px;">Merck</td>
			<td>8187551000</td>
			<td>For&#160; cleaning CuBr.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>320501</td>
			<td>For the preparation of Piranha solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Hydrogen peroxide 33%</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;">&#160;1.07210.1000</td>
			<td>For the preparation of Piranha solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethanol</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;">1.00983.1000</td>
			<td>For cleaning substrates.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Basic aluminum oxide 60&#160;</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td>For cleaning monomers.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chloroform</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">3080501</td>
			<td>For monolayer deposition and substrate cleaning.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Methanol</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">13680501</td>
			<td>For polymerization medium.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetophenone</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td>&#160;102410010</td>
			<td>For AFM measurement environment.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N-isopropyl acrylamide</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td>412780250</td>
			<td>Monomer for PNIPAM synthesis, recrystallized from toluene/hexane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(ethylene glycol) methacrylate&#160;</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>409529</td>
			<td>Monomer for Si-POEGMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;">MilliQ water</td>
			<td style="width:108px;">MilliQ Advantage A 10 purification system&#160;</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:520px;">ATRP medium, AFM measurement environment 
			and for substrate cleaning.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silicon substrates&#160;</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Gold coated substrates</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">AFM probe, CP-FM-Au,&#160;</td>
			<td style="width:108px;">SQube</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td>AFM measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:241px;">dithiodiundecane-11,1-diybis[2-bromo-2-methlpropanoate] (DTPR)</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:520px;">Initiator, for Si-ATRP on gold surfaces. 
			Synthesized according to Macromolecules, 2000, 33,597.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Atomic Frorce Microscope</td>
			<td colspan="2">Bruker Multimode V controller</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and friction force microscopy measurements of immiscible, opposing polymer brushes

Solvatisierten Polymerbürsten sind bekanntlich Hochdruckkontakten zu schmieren, weil sie eine positive Normallast aufrechtzuerhalten, während Aufrechterhaltung niedriger Reibung an der Schnittstelle. Dennoch können diese Systeme aufgrund Interdigitation der gegenüberliegenden Bürsten verschleißen empfindlich. In einer kürzlich erschienenen Publikation haben wir über Moleküldynamiksimulationen und Rasterkraftmikroskopie-Experimente gezeigt, dass die Verwendung eines nicht mischbaren Polymerbürstensystem zur Einstellung des Substrats und der Schieber Oberflächen bzw. können solche Verzahnung beseitigen. Infolgedessen tragen in den Kontakten vermindert. Darüber hinaus ist zwei Größenordnungen niedriger als bei traditionellen mischbare Polymerbürstensysteme die Reibungskraft. Das neu vorgeschlagene System hält daher ein großes Potenzial für die Anwendung in der Industrie. Hier ist die Methodik, um einen mischbaren Polymerbürstensystem aus zwei verschiedenen Bürsten, die jeweils durch ihre eigene bevorzugte Lösungsmittel solvatisiert Konstrukt dargestellt. Die Vorgehensweise, wie man p pfropfenoly (N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) von einer ebenen Fläche und Poly (methylmethacrylat) (PMMA) von einer Rasterkraftmikroskopie (AFM) kolloidales Sonde beschrieben. PNIPAM wird in Wasser und PMMA in Acetophenon solvatisiert. Via Reibkraft AFM Messungen wird gezeigt, dass die Reibung bei diesem System wird zwar von zwei Grßenordnungen gegenüber dem mischbar System PMMA auf PMMA in Acetophenon solvatisierten reduziert.

Abbildung 4 zeigt repräsentative AFM Kraft Spuren beim Gleiten sowohl die mischbar sind und die nicht mischbare Polymerbürstensysteme. Die Reibungskraft F wird durch die Reibungskraft im stationären Zustand normalisiert Schiebe F sym für die symmetrische, mischbar Systems. Die geschwollenen Bürstenhöhe in diesen Experimenten war 1010 nm für PMMA und 532 nm für PNIPAM. Die Kraft, die Spuren werden nach Anschluss an die im Protokoll Abschnitt beschriebenen Verfahren erfasst. In diesen Experimenten wurde die Oberfläche hin und her mit einer Geschwindigkeit v von 80 &amp; mgr; m / s bewegt, während eine normale Belastung von 30 nN. Der Unterschied in der Reibungskraft für das mischbare (linkes Bild) und nicht mischbar (rechts) Bürstensysteme sind deutlich zu erkennen. Die stationäre Reibungskraft im linken Fenster ist 90x höher als die stationäre Reibungskraft im rechten Bereich. Für die nicht mischbare System die gemessene Reibungskraft ist typischerweise 0,5-2% der Reibungskraft gemessen foder das mischbare Systems. Obwohl die genaue Reibungsverringerung hängt von der Einfügungsdichte, Polymerisationsgrad Menge Lösungsmittel und (schwach) von der Normallast und Gleitgeschwindigkeit, ist es immer um zwei Größenordnungen. Wenn wir erhöhen die Gleitgeschwindigkeit für die oben um den Faktor 5 (400 &amp; mgr; m / sec) beschriebene System, verringert sich die Reibungsreduzierung von 2%. Wenn wir erhöhen die Normalbelastung um den Faktor 10 (auf 300 nN), verringert sich die Reibungsreduzierung von 3%. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig1highres.jpg" /> Abbildung 1. Schematische Darstellung des Aufbaus. Linker Bereich zeigt die mischbar System, in dem die gleichen Polymere von der Oberfläche und dem Kolloid gepfropft. Die Bürsten sind in einer einphasigen Flüssigkeit solvatisiert. Das rechte Bild zeigt die nicht mischbar System aus zwei verschiedenen Polymerbürsten. Jede Bürste ist in einem eigenen bevorzugten flüssigen solvatisierten. In der traditionellenmischbaren Systemen die Polymere der gegenüberliegenden Bürsten überlappen. Für die nicht mischbar System müssen gegenüber Bürsten nicht so, dass die Reibung ineinander greifen und Verschleiß beim Gleiten wird reduziert. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig2highres.jpg" width="700px" /> Abbildung 2: Schematische Darstellung des wie im Protokoll beschrieben Probenvorbereitung. Von links nach rechts wird die Vorgehensweise von Pinsel Herstellung über Initiator Abscheidung und Oberflächen initiiert Atomtransferradikalpolymerisation (SI ATRP). Pfad (A) werden die Bürsten von Siliziumoberflächen aufgepfropft, (B) Bürsten aus Gold beschichteten Siliziumoberflächen und (C) Bürsten aus Goldkolloide für Rasterkraftmikroskopie Sonden gepfropft. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52285/52285fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um al sehen</a>arger Version dieser Figur. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig3highres.jpg" /> Abbildung 3. FTIR-Spektren des PMMA (blau) und PNIPAM (grün) Bürsten auf Silizium (dicke Linien) und Gold (dünne Linien). Die Daten wurden von Suppl übernommen. Mat. von Ref. 22. PMMA Wellenzahlen (cm - 1): 3,050-2,990 (CH-Streckschwingung), 1730 C = O (Doppelbindung Streckschwingung), 1450 (CH 3 und CH 2 Deformationsschwingung), 1,260-1,040 (COC Einfachbindung Streckschwingung ), 880-960 (COC Einfachbindung Deformationsschwingung). Bei 1.730 cm - 1 die charakteristische Streckschwingung Peak der C = O-Gruppe ist offensichtlich PNIPAM Wellenzahlen (cm -1): 3.289 (NH symmetrische und asymmetrische Streckschwingung), 3.078, 2.971, 2.933, 2.874 (asymmetrische und symmetrische CH Streckung. Vibrationen in CH &lt;sub&gt; 2 -), 1.635 (C = O Streckschwingung), 1535 (Amid II), 1458 (CH asymmetrische Biegeverformungen), 1.386 (CH symmetrischen Biegeverformungen), 1,366-1,170 (CN asymmetrische Streckschwingungen). Bei 1.635 und 1.535 cm - 1 die charakteristischen Streckschwingungspeaks der Amidgruppe sind offensichtlich. <img alt="4" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig4highres.jpg" width="700px" /> Abbildung 4. Gemittelt gefiltert und geglättet Kraft Spuren beim Gleiten die mischbar (links) und nicht mischbar (rechts) Systeme (aus Lit. angepasst. 22). Die Oberfläche ist um 40 &amp; mgr; m vor und zurück mit einer Scan-Rate von 1 Hz bewegt und Normallast von 30 nN.

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Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Vorbereitung und Reibungskraftmikroskopie Messungen mischbar, Entgegenpolymerbürsten

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

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13.9K Aufrufe.  Forschungszentrum Jülich. The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Serie: Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

Atomic Force Microscopy von Red-Light Photorezeptoren Mit Peakforce Quantitative Nanomechanische Eigenschaftenzuordnung

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We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

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A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry application was found in the automotive industry in 2003 for the aluminum alloy that was used in the rear doors of automobiles. Friction stir spot welding is mostly used in Al alloys to create lap joints. The benefits of friction stir spot welding include a nearly 80% melting temperature that lowers the thermal deformation welds without splashing compared to resistance spot welding. Friction stir spot welding includes 3 steps: plunging, stirring, and retraction. In the present study, other materials including high strength steel are also used in the friction stir welding method to create joints. DP780, whose traditional welding process involves the use of resistance spot welding, is one of several high strength steel materials used in the automotive industry. In this paper, DP780 was used for friction stir spot welding, and its microstructure and microhardness were measured. The microstructure data showed that there was a fusion zone with fine grain and a heat effect zone with island martensite. The microhardness results indicated that the center zone exhibited a greater degree of hardness compared with the base metal. All data indicated that the friction stir spot welding used in dual phase steel 780 can create a good lap joint. In the future, friction stir spot welding can be used in high-strength steel welding applied in industrial manufacturing processes.

Here, we present a friction stir spot welding (FSSW) protocol on dual phase 780 steel. A tool pin with high-speed rotation generates heat from friction to soften the material, and then, the pin plunges into 2 sheet joints to create the lap joint.

Erzeugung von Rundengelenken über Friction Stir Spot Welding auf DP780 Stahl

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is employed simultaneously with other techniques within a multi-modal X-ray microscopy approach. An example is given herein combining XBIC with X-ray fluorescence to enable point-by-point correlations of the electrical performance with chemical composition. For the highest signal-to-noise ratio in XBIC measurements, lock-in amplification plays a crucial role. By this approach, the X-ray beam is modulated by an optical chopper upstream of the sample. The modulated X-ray beam induced electrical signal is amplified and demodulated to the chopper frequency using a lock-in amplifier. By optimizing low-pass filter settings, modulation frequency, and amplification amplitudes, noise can efficiently be suppressed for the extraction of a clear XBIC signal. A similar setup can be used to measure the X-ray beam induced voltage (XBIV). Beyond standard XBIC/XBIV measurements, XBIC can be measured with bias light or bias voltage applied such that outdoor working conditions of solar cells can be reproduced during in-situ and operando measurements. Ultimately, the multi-modal and multi-dimensional evaluation of electronic devices at the nanoscale enables new insights into the complex dependencies between composition, structure, and performance, which is an important step towards solving the materials&#39; paradigm.

A setup for X-ray beam induced current measurements at synchrotron beamlines is described. It unveils the nanoscale performance of solar cells and extends the suite of techniques for multi-modal X-ray microscopy. From wiring to signal-to-noise optimization, it is shown how to perform state-of-the-art XBIC measurements at a hard X-ray microprobe.

Röntgenstrahl-Induzierte Strommessungen für die multimodale Röntgenmikroskopie von Solarzellen

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is ...

Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high amounts of hydrogen into aluminum based on the chemical reaction between water and non-oxide coated aluminum.

In order to introduce high amounts of hydrogen in aluminum and aluminum alloys, a new method of hydrogen charging was developed, called the friction in water procedure.

Wasserstoff-Aufladen von Aluminium mit Reibung im Wasser

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high ...

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

Kolokalisierung der Kelvin-Sondenkraftmikroskopie mit anderen Mikroskopien und Spektroskopien: Ausgewählte Anwendungen in der Korrosionscharakterisierung von Legierungen

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

Optimierung der Auflösung und Empfindlichkeit der Magnetkraftmikroskopie zur Visualisierung nanoskaliger magnetischer Domänen

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

Rasterkraftmikroskopie Cantilever-basierte Nanoindentation: Messungen mechanischer Eigenschaften auf der Nanoskala in Luft und Flüssigkeit

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

Determination of the Friction Coefficients of Icy Pavements Under Different Amounts of Snowfall

Ice on road surfaces can lead to a significant decrease in the friction coefficient, thus endangering driving safety. However, there are still no studies that provide exact friction coefficient values for pavements covered in ice, which is detrimental to both road design and the selection of winter road maintenance measures. Therefore, this article presents an experimental method to determine the friction coefficient of icy road surfaces in the winter. A British portable tester (BPT), also known as a pendulum friction coefficient meter, was employed for the experiment. The experiment was divided into the following five steps: the preparation of the equipment, the calculation and analysis of the snowfall, equipment calibration, friction coefficient determination, and data analysis. The accuracy of the final experiment is directly affected by the equipment accuracy, which is described in detail. Moreover, this article suggests a method for calculating the ice thickness for corresponding amounts of snowfall. The results illustrate that even patchy ice formed by very light snowfall may lead to a significant decrease in the friction coefficient of the pavement, thus endangering driving safety. Additionally, the friction coefficient is at its peak when the ice thickness reaches 5 mm, meaning protection measures should be taken to avoid the formation of such ice.

Here, we present a method for determining the friction coefficient of pavements with different ice thicknesses indoors. The complete procedure includes the preparation of the equipment, the calculation and analysis of the snowfall, equipment calibration, friction coefficient determination, and data analysis.

Bestimmung der Reibungskoeffizienten von Eisbelägen bei unterschiedlichen Schneemengen

Ice on road surfaces can lead to a significant decrease in the friction coefficient, thus endangering driving safety. However, there are still no studies ...